Освоение синтеза ДНК по матрице РНК: проект Ревертаза в действии

В 1973 г. на Международном симпозиуме по генетике и селекции промышленных микроорганизмов, проходившем в Армении, а также на Симпозиуме по структуре   и  функциям нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов (Москва) было рассказано о ферментативном синтезе участка гена белка глобина (белок красных кровяных телец) голубя.

В 1973 г. на Международном симпозиуме по генетике и селекции промышленных микроорганизмов, проходившем в Армении, а также на Симпозиуме по структуре   и  функциям нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов (Москва) было рассказано о ферментативном синтезе участка гена белка глобина (белок красных кровяных телец) голубя.

Синтез был выполнен группой ученых — доктором биологических наук Л. Л. Киселевым, кандидатом биологических наук Л. Ю. Фроловой и академиком В. А. Энгельгардтом (Институт молекулярной биологии АН СССР) совместно с доктором биологических наук К. Г. Газаряном и В. 3. Тарантулом (Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова).

Чтобы понять суть этой работы, необходимо вернуться к 1970 г., когда американские исследователи X. Темин и Д. Балтимор обнаружили в составе олухолеродных вирусов, содержащих РНК (рибонуклеиновую кислоту) в качестве своего генетического материала, необычный фермент, получивший затем название обратная   транскриптаза   (ревертаза). Фермент оказался способен вести синтез ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), используя молекулы РНК как матрицу. Следует напомнить, что обычный синтез в клетках идет в противоположном направлении, а именно: молекулы РНК образуются на молекулах ДНК как на матрицах. Поскольку обычный процесс изображают схемой ДНК® РНК, то обратный процесс, катализируемый ревертазой, обозначают схемой РНК® ДНК и называют обратной транскрипцией (обратным переписыванием).

Как известно, генетическая информация, записанная в ДНК, реализуется по пути ДНК ® РНК ® белок; молекулярные механизмы этой реализации сейчас в основных чертах известны. Схема ДНК ® РНК ® белок ввиду ее исключительной важности для молекулярной биологии получила наименование «центральной догмы». Открытие возможности обратного преобразования информации из РНКовой формы в ДНКовую (РНК® ДНК) ни в коей мере не затрагивает основного принципа молекулярной биологии — положения о том, что поток информации идет от нуклеиновых кислот к белкам, а не от белков к нуклеиновым кислотам. Обратная транскрипции касается только частного случая развития РНК-содержащих опухолеродных вирусов, о чем забывают те, кто не вполне разобрался в последних достижениях молекулярной биологии.

Процесс обратной транскрипции, открытый у опухолеродных вирусов интересен прежде всего исследователям природы превращения нормальных клеток в раковые. Сейчас стало ясно, что вирусогенетическая теория возникновения рака, сформулированная много лет назад выдающимся советским ученым Л. А. Зильбером, приложима не только к ДНК-содержащим (это было доказано еще в 1967—1969 гг.), а и к РНК-содержащим опу-холеродным вирусам. При обратной транскрипции РНКовая форма вируса превращается в ДНКовую, а затем последняя выступает в интимный контакт с наследственным материалом (ДНК) клетки. Особенно важно изучить значение обратной транскрипции при таких заболеваниях, как лейкозы человека и сельскохозяйственных животных, которые, по всей видимости, вызываются РНК-содержащими опухолеродными вирусами.

Еще одна важная сторона открытия фермента обратной транскрипции состоит в том, что стало возможным получать ДНКовые копии РНК в пробирке, вне организма. Этим в 1972 г. воспользовались три лаборатории в США, где удалось получить дополнительные (комплементарные) ДНК, пользуясь РНК как матрицей. В опытах использовались информационные (матричные) РНК (мРНК), в которых зашифрована последовательность аминокислот, входящих в состав белка глобина у кролика или человека В живых клетках эти мРНК синтезируются на генах (ДНК), кодирующих структуру глобинов, и представляют собой дополнительную копию этих генов. Когда при обратной транскрипции матрицей служат мРНК, то образуется ДНК, аналогичная той, которая при обычном синтезе по пути ДНК - РНК служит матрицей этой мРНК. Иными словами, с помощью ре-вертазы в экспериментальных условиях можно получать участки определенных генов, что представляет большой теоретический и практический интерес.

Именно поэтому в СССР с 1972 г. Научным Советом по проблемам молекулярной биологии при Президиуме АН СССР по инициативе и под руководством академика В. А. Энгельгардта было организовано исследование указанных проблем в рамках межведомственного специального научно-исследовательского проекта, получившего название «Ревертаза» (по имени фермента, осуществляющего процесс обратной транскрипции). Участниками проекта являются Институты Москвы, Киева, Новосибирска, Риги, Праги, столицы ГДР — Берлина, объединившие свои усилия на базе кооперации и разделения труда.

Именно благодаря проекту участникам заключительной работы по ферментативному синтезу ДНК, о которых упоминалось вначале, удалось выполнить его в очень сжатые сроки, и наша страна также вошла в числе тех стран (США, Англия, Швейцария, Голландия и др.) где успешно освоен синтез генетического материала вне клеток путем обратной транскрипции. Помимо большого выигрыша во времени, благодаря проекту достигнута и значительная экономия средств (работы по обратной транскрипции нуждаются в весьма дорогостоящих реактивах и оборудовании).

Проект «Ревертаза», который доказал свою эффективность как форма организации совместных научных исследований, ставит перед собой крупные научные задачи, решение которых значительно продвинет вперед наши знания в важной области современной молекулярной биологии. Освоение ферментативного синтеза участка гена глобина голубя — первый шаг на этом пути»

Наука и человечество. 1975. Сборник - М.: Знание, 1974.